ES2589014T3 - Off-axis interferometer - Google Patents

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ES2589014T3
ES2589014T3 ES10150524.6T ES10150524T ES2589014T3 ES 2589014 T3 ES2589014 T3 ES 2589014T3 ES 10150524 T ES10150524 T ES 10150524T ES 2589014 T3 ES2589014 T3 ES 2589014T3
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Abstract

Microscopio holográfico digital fuera de eje, que comprende: - una fuente de luz parcialmente coherente espacialmente y temporalmente, dispuesta para producir un primer haz de luz parcialmente coherente (1); - un plano de registro (10); - un objetivo de microscopio (ML1); - una celda de objeto (Sa) dispuesta para mantener un espécimen que se va a estudiar en un plano focal frontal de dicho objetivo del microscopio, estando dicha celda del objeto (Sa) conjugada ópticamente con dicho plano de registro (10); - una rejilla (G) situada en un plano conjugado ópticamente con dicho plano de registro (10), definiendo dicha rejilla (G) una primera y una segunda trayectoria óptica, y estando dicha rejilla (G) dispuesta para dividir el primer haz de luz en un haz de luz difractado de orden distinto de cero a lo largo de la primera trayectoria óptica como haz de luz de referencia, y un segundo haz de luz con un orden de difracción diferente a lo largo de la segunda trayectoria óptica; - una primera lente (L5) situada en un punto posterior al objetivo del microscopio, estando dicha rejilla (G) situada en el plano focal posterior de dicha primera lente; - una segunda lente (L6), estando la rejilla (G) situada en el plano focal frontal de dicha segunda lente (L6) y una tercera lente (L7) acoplada ópticamente a dicha segunda lente (L6), estando dicho plano de registro (10) situado en el plano focal posterior de dicha tercera lente (L7) y estando dicha tercera lente dispuesta para recombinar el haz de luz de referencia y el segundo haz de luz para obtener un haz de luz recombinado que incidirá en el plano de registro, en el que interfieren entre sí, en el que la trayectoria óptica del haz de luz de referencia y la trayectoria óptica del segundo haz de luz no difieren en una cantidad mayor que la longitud de coherencia de la fuente de luz.Off-axis digital holographic microscope, comprising: - a partially coherent light source spatially and temporarily, arranged to produce a first partially coherent beam of light (1); - a registration plan (10); - a microscope objective (ML1); - an object cell (Sa) arranged to maintain a specimen to be studied in a frontal focal plane of said microscope objective, said object cell (Sa) being optically conjugated with said registration plane (10); - a grid (G) located in a plane optically conjugated with said registration plane (10), said grid (G) defining a first and a second optical path, and said grid (G) being arranged to divide the first beam of light in a diffracted beam of light of a non-zero order along the first optical path as a reference beam of light, and a second beam of light with a different order of diffraction along the second optical path; - a first lens (L5) located at a point posterior to the objective of the microscope, said grid (G) being located in the posterior focal plane of said first lens; - a second lens (L6), the grid (G) being located in the frontal focal plane of said second lens (L6) and a third lens (L7) optically coupled to said second lens (L6), said registration plane ( 10) located in the posterior focal plane of said third lens (L7) and said third lens being arranged to recombine the reference light beam and the second light beam to obtain a recombined beam of light that will affect the registration plane, in which they interfere with each other, in which the optical path of the reference light beam and the optical path of the second beam of light do not differ by an amount greater than the coherence length of the light source.

Description

DESCRIPCIONDESCRIPTION

Interferometro fuera de ejeOff-axis interferometer

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Campo de la invencionField of the Invention

[0001] La presente invencion se refiere a un microscopio holografico digital fuera de eje.[0001] The present invention relates to an off-axis digital holographic microscope.

10 Estado de la tecnica10 State of the art

[0002] En los interferometros de la tecnica anterior, un haz de luz incidente se suele dividir en un haz del objeto y un haz de referencia que despues se recombinan en un plano de registro en el que el haz del objeto y el haz de referencia interfieren y producen franjas de interferencia. El objetivo de dichos dispositivos es la medicion de la[0002] In interferometers of the prior art, an incident light beam is usually divided into a beam of the object and a reference beam that are then recombined in a registration plane in which the object beam and the reference beam interfere and produce interference bands. The purpose of such devices is the measurement of the

15 amplitud compleja de la luz (es decir, informacion de fase y amplitud).15 complex amplitude of light (i.e. phase and amplitude information).

[0003] Por lo general, la luz que se utiliza en dicha medicion posee una alta coherencia, como por ejemplo la luz producida por laseres. Esto presenta varios inconvenientes, como la aparicion de ruido coherente (campo de moteado o speckle) y el elevado coste relacionado con las fuentes de luz de alta coherencia.[0003] In general, the light used in such measurement has a high coherence, such as the light produced by lasers. This has several drawbacks, such as the appearance of coherent noise (speckled field or speckle) and the high cost related to high coherence light sources.

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[0004] En muchos casos, se introduce un pequeno angulo entre el haz del objeto y el haz de referencia con el fin de obtener franjas espacialmente heterodinas de baja frecuencia, tal como se describe en el documento US7002691. En general, estos tipos de configuraciones se denominan configuraciones fuera de eje, debido al angulo no nulo entre el eje del interferometro y uno de los haces que interfieren.[0004] In many cases, a small angle is introduced between the object beam and the reference beam in order to obtain spatially low frequency heterodine bands, as described in US7002691. In general, these types of configurations are called off-axis configurations, due to the non-zero angle between the axis of the interferometer and one of the interfering beams.

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[0005] En dicha configuracion fuera de eje, es imprescindible disponer de una luz incidente de alta coherencia para observar interferencia: si las diferencias entre la longitud de la trayectoria del haz de referencia y la del haz del objeto son mayores que la longitud de coherencia del haz incidente, no se puede observar ninguna interferencia y se pierde la informacion de fase.[0005] In such an off-axis configuration, it is essential to have a high coherence incident light to observe interference: if the differences between the path length of the reference beam and that of the object beam are greater than the coherence length of the incident beam, no interference can be observed and the phase information is lost.

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[0006] Esto quiere decir que, para una luz parcialmente coherente temporalmente, la diferencia en la longitud de la trayectoria en diferentes posiciones del plano de registro introducida por el pequeno angulo puede bastar para perturbar la coherencia, de manera que solo se observen interferencias en una parte del plano de registro, en la que se mantiene la coherencia.[0006] This means that, for a partially coherent light temporarily, the difference in the length of the path at different positions of the registration plane introduced by the small angle may suffice to disturb the coherence, so that interference is only observed in a part of the registration plane, in which coherence is maintained.

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[0007] El registro de informacion de fase y amplitud (o amplitud compleja) constituye la base de la holografla en general y, mas concretamente, de la microscopla holografica digital (MHD). En la MHD, se registra un holograma con una camara CCD y un ordenador lleva a cabo la reconstruction de un modelo tridimensional de la muestra observada. El holograma se obtiene mediante un interferometro. Este procedimiento proporciona una herramienta eficiente para[0007] The recording of phase and amplitude information (or complex amplitude) forms the basis of the holograph in general and, more specifically, of the digital holographic microscope (MHD). In the MHD, a hologram is registered with a CCD camera and a computer performs the reconstruction of a three-dimensional model of the observed sample. The hologram is obtained by an interferometer. This procedure provides an efficient tool for

40 reenfocar, corte por corte, las imagenes de profundidad de muestras gruesas. La MHD permite obtener una formation de imagenes de contraste de fase cuantitativa con numerosas aplicaciones tales como la observation de muestras biologicas. La capacidad de reconstruccion de profundidad convierte a la MHD en una potente herramienta para la aplicacion de la velocimetrla 3D. Ya que la holografla proporciona la amplitud compleja, se han aplicado potentes procedimientos de procesamiento, como por ejemplo reenfoque automatizado, compensation de la aberration, 45 reconocimiento de patrones 3D, segmentation y procesamiento de bordes.40 refocus, cut by cut, depth images of thick samples. MHD allows obtaining quantitative phase contrast imaging with numerous applications such as the observation of biological samples. The depth reconstruction capability makes the MHD a powerful tool for the application of the 3D velocimetrla. Since the holograph provides complex amplitude, powerful processing procedures have been applied, such as automated refocusing, aberration compensation, 3D pattern recognition, segmentation and edge processing.

[0008] El principio de la holografla digital, con la separation del haz del objeto y el haz de referencia, consiste en la extraction de la informacion compleja de un haz de objeto a partir de los patrones de interferencia registrados entre el haz del objeto y un haz de referencia. La amplitud compleja se puede procesar posteriormente para calcular[0008] The principle of digital holography, with the separation of the object beam and the reference beam, consists in extracting the complex information of an object beam from the interference patterns recorded between the object beam and a reference beam. The complex amplitude can be further processed to calculate

50 el reenfoque digital y para llevar a cabo la formacion de imagenes de contraste de fase cuantitativa. Existen dos tipos principales de configuracion: configuracion en llnea y configuraciones fuera de eje.50 digital refocusing and to carry out the formation of quantitative phase contrast images. There are two main types of configuration: online configuration and off-axis configurations.

[0009] La amplitud compleja se obtiene generalmente mediante un interferometro, como por ejemplo un interferometro de tipo Mach-Zehnder o de tipo Michelson.[0009] The complex amplitude is generally obtained by an interferometer, such as an interferometer of the Mach-Zehnder type or of the Michelson type.

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[0010] En configuraciones en llnea, tal como describen I. Yamaguchi y col. en «Phase-shifting digital holography», Opt. Lett. 22, 1268-1270 (1997), el angulo entre el haz de referencia y el haz del objeto que inciden en el sensor de la camara es el mas pequeno posible. El calculo de la amplitud compleja requiere un procedimiento de escalonamiento de fase, en el que se registran varias imagenes interferometricas con pequenos cambios en la[0010] In online configurations, as described by I. Yamaguchi et al. in «Phase-shifting digital holography», Opt. Lett. 22, 1268-1270 (1997), the angle between the reference beam and the object beam that affect the camera sensor is the smallest possible. The calculation of the complex amplitude requires a phase stepping procedure, in which several interferometric images are recorded with small changes in the

trayectoria optica introducidos entre el haz del objeto y el de referencia. La information de fase optica se calcula aplicando las imagenes interferometricas en una formula.optical path introduced between the object beam and the reference beam. The optical phase information is calculated by applying the interferometric images in a formula.

[0011] La principal desventaja de la configuration en llnea radica en la necesidad de registrar secuencialmente 5 varias imagenes interferometricas, que limita la velocidad de adquisicion debido a la frecuencia de captura de la[0011] The main disadvantage of the online configuration lies in the need to sequentially register 5 several interferometric images, which limits the acquisition speed due to the frequency of capture of the

camara. De hecho, el objeto debe permanecer estatico durante toda la operation de adquisicion, el tiempo que se tarda en registrar varios cuadros.camera. In fact, the object must remain static during the entire acquisition operation, the time it takes to register several tables.

[0012] En la configuracion fuera de eje, tal como se describe en el documento US 6.525.821 y en «Fourier- 10 transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry», de Takeda y col, J.[0012] In the off-axis configuration, as described in US 6,525,821 and in "Fourier-10 transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry", by Takeda et al, J.

Opt. Soc. Am. 72, 156-160 (1982), existe un angulo medio no nulo entre el haz del objeto y el de referencia que permite el calculo de la amplitud compleja a partir de una unica imagen interferometrica registrada. Respecto a la configuracion en llnea, esto supone una ventaja decisiva para el analisis de fenomenos que varlan rapidamente. Sin embargo, la utilization de un interferometro de tipo Mach-Zehnder o de tipo Michaelson en esas configuraciones requiere una 15 fuente optica de una alta coherencia temporal. De lo contrario, la modulation de franjas no es constante debido a los retardos opticos variables a lo largo del campo de vision entre el haz del objeto y el de referencia.Opt. Soc. Am. 72, 156-160 (1982), there is a non-zero average angle between the object beam and the reference beam that allows the calculation of complex amplitude from a single recorded interferometric image. Regarding the online configuration, this is a decisive advantage for the analysis of phenomena that vary rapidly. However, the use of a Mach-Zehnder or Michaelson type interferometer in these configurations requires an optical source of high temporal coherence. Otherwise, the modulation of stripes is not constant due to the variable optical delays along the field of vision between the object beam and the reference beam.

[0013] Tal como describen Dubois y col. en «Improved three-dimensional imaging with digital holography microscope using a partial spatial coherent source», Appl. Opt. 38, 7085-7094 (1999), y en «Application of digital[0013] As described by Dubois et al. in "Improved three-dimensional imaging with digital holography microscope using a partial spatial coherent source", Appl. Opt. 38, 7085-7094 (1999), and in "Application of digital

20 holographic microscopes with partially spatial coherence sources» en J. of Phys.: Conf. Series 139 (2008), el empleo de iluminacion parcialmente coherente mejora la calidad del registro holografico al disminuir los artefactos y ruidos coherentes. En la transmision, la reduction de ruido mas eficaz se obtiene mediante una iluminacion parcialmente coherente espacialmente. Este tipo de iluminacion se obtiene reduciendo las propiedades de coherencia de un haz laser o aumentando la coherencia espacial de una fuente incoherente, como un diodo emisor de luz (LED), por medio 25 de un sistema de filtrado optico.20 holographic microscopes with partially spatial coherence sources »in J. of Phys .: Conf. Series 139 (2008), the use of partially coherent lighting improves the quality of the holographic record by decreasing coherent artifacts and noises. In transmission, the most effective noise reduction is obtained by spatially coherent partially illumination. This type of illumination is obtained by reducing the coherence properties of a laser beam or by increasing the spatial coherence of an incoherent source, such as a light emitting diode (LED), by means of an optical filtering system.

[0014] Con la disposition que se emplea habitualmente para reducir la coherencia espacial de un laser, el haz laser se enfoca cerca de un vidrio deslustrado en movimiento. Para una position dada del vidrio deslustrado, la luz transmitida a traves de la muestra constituye un campo de moteado. Cuando el vidrio deslustrado esta en movimiento,[0014] With the arrangement that is commonly used to reduce the spatial coherence of a laser, the laser beam is focused near a tarnished glass in motion. For a given position of the tarnished glass, the light transmitted through the sample constitutes a mottled field. When the tarnished glass is moving,

30 y suponiendo que el tiempo de exposition es lo suficientemente largo como para obtener un efecto promediador, se puede demostrar que este tipo de fuente es equivalente a una fuente lumlnica parcialmente coherente espacialmente cuya distancia de coherencia espacial es igual al campo de moteado promedio. Este procedimiento para preparar la fuente mantiene un alto grado de coherencia temporal que posibilita el procedimiento fuera de eje. Sin embargo, cuando se requieren tiempos de exposicion cortos surgen fluctuaciones en la iluminacion. En la practica, es diflcil 35 lograr que un vidrio deslustrado se mueva lo suficientemente rapido para registrar un objeto dinamico que requiere un tiempo de exposicion corto.30 and assuming that the exposure time is long enough to obtain an averaging effect, it can be shown that this type of source is equivalent to a spatially coherent light source whose spatial coherence distance is equal to the average mottled field. This procedure for preparing the source maintains a high degree of temporal coherence that enables the off-axis procedure. However, when short exposure times are required, fluctuations in illumination arise. In practice, it is difficult to make a tarnished glass move fast enough to register a dynamic object that requires a short exposure time.

[0015] Con la disposicion que aumenta la coherencia espacial de una fuente incoherente o fuente no laser, se mantienen las propiedades de incoherencia temporal. En tal caso, no se puede aplicar la configuracion fuera de eje ni[0015] With the provision that increases the spatial coherence of an incoherent source or non-laser source, the properties of temporal incoherence are maintained. In this case, the off-axis configuration cannot be applied or

40 registrar toda la informacion de amplitud compleja en un unico cuadro.40 record all complex amplitude information in a single box.

[0016] En lo que respecta a la colocation de las muestras, se pueden definir dos tipos de configuraciones principales: configuracion diferencial, tal como se describe en el documento EP 1631788, en el que la muestra esta situada frente al interferometro, y la configuracion clasica que se define en el documento EP 1399730, en el que la[0016] With regard to the placement of samples, two types of main configurations can be defined: differential configuration, as described in EP 1631788, in which the sample is located in front of the interferometer, and the configuration classic defined in EP 1399730, in which the

45 muestra esta situada en un brazo del interferometro.45 sample is located in an interferometer arm.

Objetivos de la invencionObjectives of the invention

[0017] La presente invencion tiene como objetivo proporcionar un interferometro que supere los inconvenientes 50 de los interferometros de la tecnica anterior.[0017] The present invention aims to provide an interferometer that overcomes the disadvantages of interferometers of the prior art.

[0018] Mas concretamente, la presente invencion tiene como objetivo proporcionar un interferometro fuera de eje capaz de trabajar con fuentes de luz parcialmente coherente.[0018] More specifically, the present invention aims to provide an off-axis interferometer capable of working with partially coherent light sources.

55 [0019] En el documento de patente US3572934, se describe una interferometrla de desplazamiento (shearing) longitudinalmente invertido, en la que se utiliza una rejilla para dividir un haz de luz coherente en dos haces que interfieren. La fuente de luz que se emplea es coherente tanto temporal como espacialmente (laser).[0019] In US3572934, a longitudinally inverted shearing interferometer is described, in which a grid is used to divide a coherent beam of light into two interfering beams. The light source used is consistent both temporally and spatially (laser).

[0020] En el artlculo «Time resolved digital holography: a versatile tool for femtosecond laser induced damage[0020] In the article «Time resolved digital holography: a versatile tool for femtosecond laser induced damage

studies», (Laser induced damage in Optical materials, 2009, Proc of SPIE vol. 7504), de A. Melninkaitis y col., se describe un dispositivo de registro holografico que comprende una rejilla para obtener una interferencia fuera de eje. La disposicion utiliza una fuente de luz con una elevada coherencia espacial y no serla capaz de registrar patrones de interferencia homogeneos con una fuente de luz parcialmente coherente espacialmente. En el artlculo «Resolution- 5 enhanced approaches in digital holography», (Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VI, Proc. of SPIE, vol. 7389), de M. Paturzo y col., se describe un procedimiento que utiliza una rejilla de fase de difraccion dinamica para aumentar sinteticamente la apertura de un sistema holografico digital de formacion de imagenes en una configuracion desprovista de lentes.studies », (Laser induced damage in Optical materials, 2009, Proc of SPIE vol. 7504), by A. Melninkaitis et al., describes a holographic recording device comprising a grid for obtaining off-axis interference. The arrangement uses a light source with high spatial coherence and will not be able to register homogeneous interference patterns with a spatially coherent light source. In the article “Resolution- 5 enhanced approaches in digital holography”, (Optical Measurement Systems for Industrial Inspection VI, Proc. Of SPIE, vol. 7389), by M. Paturzo et al., A procedure using a grid of dynamic diffraction phase to synthetically increase the opening of a digital holographic image formation system in a lensless configuration.

10 [0021] La presente invencion tambien tiene como objetivo proporcionar configuraciones de microscopio holografico digital (MHD) que permiten utilizar las configuraciones fuera de eje con una fuente con coherencia temporal y/o espacial. De este modo se logra la capacidad de llevar a cabo un rapido registro holografico digital en color con niveles de ruido muy bajos.[0021] The present invention also aims to provide digital holographic microscope (MHD) configurations that allow off-axis configurations to be used with a source with temporal and / or spatial coherence. In this way the ability to carry out a rapid digital color holographic recording with very low noise levels is achieved.

15 [0022] La presente invencion tambien tiene como objetivo proporcionar microscopios holograficos digitales que permitan la utilizacion de fuentes con coherencia parcial creadas a partir de una fuente incoherente con la configuracion fuera de eje. Constituye una mejora considerable, ya que permite accionar el microscopio en modo rapido sin la desventaja de las fluctuaciones debidas a la configuracion con un laser (ruido coherente). Ademas, esta aplicacion permite utilizar fuentes de bajo coste, como el LED, y ofrece la posibilidad de registrar de manera simultanea 20 hologramas en rojo-verde-azul para proporcionar una microscopla holografica digital totalmente en color sin el ruido coherente.[0022] The present invention also aims to provide digital holographic microscopes that allow the use of sources with partial coherence created from a source inconsistent with the off-axis configuration. It constitutes a considerable improvement, since it allows the microscope to be operated quickly without the disadvantage of fluctuations due to the configuration with a laser (coherent noise). In addition, this application allows you to use low-cost sources, such as LED, and offers the possibility of simultaneously recording 20 holograms in red-green-blue to provide a fully colored digital holographic microscope without coherent noise.

Resumen de la invencionSummary of the invention

25 [0023] Un primer aspecto de la invencion se refiere a un microscopio holografico digital fuera de eje tal como se expone en la reivindicacion independiente 1.[0023] A first aspect of the invention relates to an off-axis digital holographic microscope as set forth in independent claim 1.

[0024] La expresion «fuera de eje» quiere decir que al menos uno de los haces de luz interferentes presenta un angulo no nulo con respecto al eje del interferometro, o de manera equivalente, que los haces de luz interferentes son[0024] The expression "off-axis" means that at least one of the interfering light beams has a non-zero angle with respect to the axis of the interferometer, or equivalently, that the interfering light beams are

30 haces no paralelos.30 beams not parallel.

[0025] La expresion «dos planos opticamente conjugados en un sistema optico» quiere decir que uno de los planos es la imagen optica del otro.[0025] The expression "two optically conjugated planes in an optical system" means that one of the planes is the optical image of the other.

35 [0026] Una rejilla con una periodicidad d divide un haz incidente en varios haces cumpliendo con la condicion:[0026] A grid with a periodicity d divides an incident beam into several beams complying with the condition:

d{sin 6m + sin fy) = mld {without 6m + without fy) = ml

en la que 0m es el angulo entre el haz de luz difractado y la normal de la rejilla, 0i es el angulo entre el haz de luz 40 incidente y la normal de la rejilla, A es la longitud de onda de la luz y m es un numero entero denominado «orden de difraccion». La luz que corresponde a la transmision directa (o reflexion especular en el caso de una rejilla de reflexion) se denomina «de orden cero» y se indica «m = 0». Los otros haces de luz forman angulos que se representan mediante numeros enteros m distintos de cero. Observese que m puede ser un valor positivo o negativo, lo que da lugar a ordenes difractados a ambos lados del haz de orden cero.where 0m is the angle between the diffracted light beam and the normal one of the grid, 0i is the angle between the incident light beam 40 and the normal one of the grid, A is the wavelength of light and m is a integer called "diffraction order". The light corresponding to the direct transmission (or specular reflection in the case of a reflection grid) is called "zero order" and is indicated as "m = 0". The other beams of light form angles that are represented by whole numbers m other than zero. Note that m can be a positive or negative value, which results in diffracted orders on both sides of the zero order beam.

45Four. Five

[0027] En las reivindicaciones independientes 3 y 4 adjuntas, se exponen otras configuraciones del microscopio holografico digital fuera de eje de acuerdo con la invencion. En las reivindicaciones dependientes adjuntas se exponen otros aspectos de la invencion.[0027] In the attached independent claims 3 and 4, other configurations of the off-axis digital holographic microscope according to the invention are set forth. Other aspects of the invention are set forth in the attached dependent claims.

50 Descripcion breve de los dibujos50 Brief description of the drawings

[0028][0028]

La fig. 1 ilustra la limitacion de la coherencia entre dos haces interferentes secantes en un plano.Fig. 1 illustrates the limitation of coherence between two interfering drying beams in a plane.

5555

La fig. 2 representa un interferometro de acuerdo con la presente invencion.Fig. 2 represents an interferometer according to the present invention.

La fig. 3 representa un microscopio holografico digital de transmision que trabaja en modo diferencial y comprende un interferometro de acuerdo con la presente invencion.Fig. 3 represents a digital holographic transmission microscope that works in differential mode and comprises an interferometer according to the present invention.

La fig. 4 representa un microscopio holografico digital de transmision que comprende un interferometro de acuerdo con la presente invencion.Fig. 4 represents a digital holographic transmission microscope comprising an interferometer according to the present invention.

5 La fig. 5 representa un microscopio holografico digital de reflexion que comprende un interferometro de acuerdo con la presente invencion.5 Fig. 5 represents a digital holographic reflection microscope comprising an interferometer according to the present invention.

La fig. 6 representa un microscopio holografico digital de transmision que trabaja en modo diferencial y comprende un interferometro de acuerdo con la presente invencion.Fig. 6 represents a digital holographic transmission microscope that works in differential mode and comprises an interferometer according to the present invention.

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La fig. 7 representa un microscopio holografico digital de transmision con capacidad de trabajar con fluorescencia, que comprende un interferometro de acuerdo con la presente invencion.Fig. 7 represents a digital holographic transmission microscope capable of working with fluorescence, comprising an interferometer according to the present invention.

Referencias de las figurasReferences of the figures

15fifteen

[0029][0029]

1. Primer haz de luz1. First beam of light

2. Segundo haz de luz2. Second beam of light

3. Tercer haz de luz3. Third beam of light

20 4. Medios de registro20 4. Registration means

5. Haz de luz difractado (difraccion de orden distinto de cero)5. Beam of diffracted light (non-zero order diffraction)

6. Haz de luz paralelo difractado de orden distinto de cero 6'. Haz de luz paralelo difractado de orden cero6. Beam of diffracted parallel light of order other than zero 6 '. Parallel beam of diffracted zero order

7. Haz de luz no difractado (o difraccion de orden cero)7. Light beam not diffracted (or zero order diffraction)

25 8. Elemento de parada optica25 8. Optical stop element

9. Haz de luz incidente9. Beam of incident light

10. Plano de registro10. Registration plane

11. Medios de compensacion para cuna de compensacion11. Compensation means for compensation cradle

12. 2*Longitud de coherencia12. 2 * Consistency Length

30 13. Area de interferencia30 13. Area of interference

14. Plano de coherencia14. Coherence plane

15. Interferometro15. Interferometer

16. Espejo de referencia16. Reference mirror

17. Fuente de luz de excitacion por fluorescencia17. Fluorescence excitation light source

35 Bs1, Bs2, Bs3 y Bs4: Divisores de haz35 Bs1, Bs2, Bs3 and Bs4: Beam splitters

EF: Filtro de excitacion G: RejillaEF: Excitation filter G: Grid

L1, L2, L3, l4, L5, L6 y L7: lentes M11 y M12: objetivos del microscopio 40 M1, M2 y M3: espejosL1, L2, L3, l4, L5, L6 and L7: M11 and M12 lenses: microscope objectives 40 M1, M2 and M3: mirrors

P: microorificio en una pantalla Sa: Muestra o portamuestras de transmision So: Fuente de iluminacion RA: Mecanismo giratorioP: micro-hole on a screen Sa: Sample or transmission sample holder So: Lighting source RA: Rotating mechanism

45 Rs: Muestra o portamuestras de reflexion45 Rs: Sample or sample holder

W: CunaW: Cot

[0030] En interferometrla, cuando se usa luz parcialmente coherente, resulta crucial mantener la coherencia de la luz incidente en un plano de registro para observar franjas de interferencia. En muchos casos, las franjas de[0030] In interferometrla, when partially coherent light is used, it is crucial to maintain the coherence of the incident light in a recording plane to observe interference bands. In many cases, the strips of

50 interferencia se obtienen dividiendo un primer haz de luz (incidente) para generar un segundo y un tercer haz de luz, y recombinando el tercer y el segundo haz de luz con un pequeno angulo introducido entre ellos.50 interference is obtained by dividing a first beam of light (incident) to generate a second and a third beam of light, and recombining the third and second beam of light with a small angle inserted between them.

[0031] En ese caso, la pequena longitud de coherencia de la luz incidente parcialmente coherente (la luz que se va a analizar) introduce una severa limitacion: al no ser paralelos, los planos de coherencia de ambos haces solo[0031] In that case, the small coherence length of the partially coherent incident light (the light to be analyzed) introduces a severe limitation: as they are not parallel, the coherence planes of both beams only

55 pueden interferir en una pequena area en la interseccion entre ambos planos, sin que se observe ninguna interferencia cuando la distancia entre los planos de coherencia es mayor que la longitud de coherencia.55 may interfere in a small area at the intersection between both planes, without any interference being observed when the distance between the coherence planes is greater than the coherence length.

[0032] Esto se ilustra en la fig. 1, en la que un haz de luz perpendicular a un plano interfiere con otro haz de luz no paralelo con un a fuera de eje con respecto al plano. Tal como se representa, la luz no paralela solo es coherente[0032] This is illustrated in fig. 1, in which a beam of light perpendicular to a plane interferes with another beam of light not parallel with an off-axis relative to the plane. As represented, the non-parallel light is only coherent

(capaz de interferir) en la proximidad del plano de coherencia 14, a una distancia menor que la longitud de coherencia 12, que define un area limitada 13 en la que se observa interferencia.(capable of interfering) in the proximity of the coherence plane 14, at a distance smaller than the coherence length 12, which defines a limited area 13 in which interference is observed.

[0033] La presente invencion describe un interferometro en el que el plano de coherencia de un haz de luz 5 interferente no es perpendicular a la direccion de propagacion del haz de luz en la proximidad de un plano de registro.[0033] The present invention describes an interferometer in which the coherence plane of an interfering light beam 5 is not perpendicular to the direction of propagation of the light beam in the vicinity of a registration plane.

Esto proporciona la capacidad del haz de luz no perpendicular para interferir con un haz de luz perpendicular y producir un contraste de franjas que no depende de la posicion en el plano de registro. Esto permite el registro de franjas interferentes fuera de eje (franjas espacialmente heterodinas) incluso en el caso de que la luz posea una longitud de coherencia limitada, como es el caso de la luz producida por un LED, una lampara de descarga de gas, etc.This provides the ability of the non-perpendicular beam of light to interfere with a beam of perpendicular light and produce a contrast of stripes that does not depend on the position in the registration plane. This allows the registration of off-axis interfering bands (spatially heterodyne bands) even if the light has a limited coherence length, as is the case of the light produced by an LED, a gas discharge lamp, etc. .

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[0034] Al utilizar como primer haz de luz (incidente) un haz de luz de coherencia temporal parcial, el segundo y el tercer haz de luz en interferometros de la tecnica anterior solo puede interferir en las zonas correspondientes definidas por la longitud de coherencia. Esto significa que la diferencia en la longitud de la trayectoria optica y el desplazamiento de fase debida a los dispositivos opticos dispuestos en la trayectoria optica entre el segundo y el tercer[0034] By using a light beam of partial temporal coherence as the first beam of light (incident), the second and third beam of light in interferometers of the prior art can only interfere in the corresponding zones defined by the coherence length. This means that the difference in the length of the optical path and the phase shift due to the optical devices arranged in the optical path between the second and third

15 haz de luz deberla continuar siendo menor que la longitud de coherencia de la fuente de luz.15 light beam should continue to be less than the coherence length of the light source.

[0035] La coherencia temporal es la medida de la correlacion media entre los valores de una onda en cualquier par de instantes, separados por un intervalo temporal t, que caracteriza si una onda puede interferir consigo misma en un instante diferente. El intervalo temporal a lo largo del cual varla la fase o la amplitud en una medida considerable[0035] Temporal coherence is the measure of the average correlation between the values of a wave in any couple of moments, separated by a time interval t, which characterizes whether a wave can interfere with itself at a different time. The time interval over which the phase or amplitude varies to a considerable extent

20 (por tanto, la correlacion se reduce en una medida considerable) se define como tiempo de coherencia Tc. En t = 0, el grado de coherencia es perfecto, mientras que se reduce considerablemente en el intervalo temporal Tc. La longitud de coherencia Lc se define como la distancia recorrida por la onda en el tiempo Tc. Se puede estimar la longitud de coherencia mediante la formula:20 (therefore, the correlation is reduced to a considerable extent) is defined as coherence time Tc. At t = 0, the degree of coherence is perfect, while it is considerably reduced in the time interval Tc. The coherence length Lc is defined as the distance traveled by the wave at time Tc. The coherence length can be estimated using the formula:

2ln(2) A22ln (2) A2

25 lc =------------TT25 lc = ------------ TT

nn A Ann A A

en la que A es la longitud de onda de la luz, AA es la amplitud espectral de la fuente y n es el Indice refractivo de propagacion. Para una tlpica fuente LED, esto representa desde algunas longitudes de onda hasta algunas decenas de longitudes de onda. Por ejemplo, para un LED con una longitud de onda de 650 nm y un ancho de banda espectral 30 de 15 nm (valores tlpicos para los LED disponibles en el mercado), la longitud de coherencia es de aproximadamente 20A. Esto significa que el haz de referencia fuera de eje no puede tener un desplazamiento de fase mayor que el tiempo de coherencia, en ningun lugar del plano de registro. Tambien supone que el numero de franjas inducidas por la diferencia angular entre el haz de referencia y el haz del objeto no puede ser superior a aproximadamente 20, lo cual constituye una severa limitacion.where A is the wavelength of light, AA is the spectral amplitude of the source and n is the refractive index of propagation. For a typical LED source, this represents from some wavelengths to a few tens of wavelengths. For example, for an LED with a wavelength of 650 nm and a spectral bandwidth 30 of 15 nm (typical values for commercially available LEDs), the coherence length is approximately 20A. This means that the off-axis reference beam cannot have a phase shift greater than the coherence time, anywhere in the registration plane. It also assumes that the number of stripes induced by the angular difference between the reference beam and the beam of the object cannot exceed 20, which constitutes a severe limitation.

3535

[0036] La limitacion del tiempo de coherencia tambien puede deberse a la duracion del impulso de un laser de impulsos ultracortos. Normalmente, dicho laser de impulsos posee una duracion del impulso de varios femtosegundos, por lo que la longitud del impulso esta limitada a alguna longitud de onda. En ese caso, el tiempo de coherencia es igual a la duracion del impulso. De nuevo, esto supone que el numero de franjas inducidas por la diferencia angular[0036] The limitation of the coherence time may also be due to the pulse duration of an ultrashort pulse laser. Normally, said pulse laser has a pulse duration of several femtoseconds, whereby the pulse length is limited to some wavelength. In that case, the coherence time is equal to the duration of the impulse. Again, this assumes that the number of stripes induced by the angular difference

40 entre el haz de referencia y el haz del objeto no puede ser mayor que el numero de longitud de onda que representa la longitud del impulso.40 between the reference beam and the object beam cannot be greater than the number of wavelength representing the pulse length.

[0037] Preferentemente, para evitar esta limitacion en ambos casos, la presente invencion aprovecha las propiedades particulares de las rejillas de difraccion para producir un haz de referencia fuera de eje sin perturbar la[0037] Preferably, in order to avoid this limitation in both cases, the present invention takes advantage of the particular properties of the diffraction gratings to produce an off-axis reference beam without disturbing the

45 coherencia temporal de los haces interferentes en el plano de registro.45 temporal coherence of the interfering beams in the registration plane.

[0038] En el interferometro 15 de la presente invencion, una rejilla de difraccion G esta situada en el plano focal posterior de una lente L5 situada en los ejes opticos de un haz de luz incidente 9. La rejilla G provoca la division del haz de luz incidente 9 para generar un haz difractado 5 (referencia) y un haz de luz no difractado 7 (que se convertira[0038] In interferometer 15 of the present invention, a diffraction grating G is located in the posterior focal plane of a lens L5 located in the optical axes of an incident beam of light 9. The grid G causes the division of the beam of incident light 9 to generate a diffracted beam 5 (reference) and a non-diffracted beam of light 7 (which will become

50 en el haz del objeto). Despues, una segunda lente L6 situada a una distancia focal con respecto a la rejilla G modifica la forma del haz difractado y del haz no difractado para formar haces paralelos al eje optico. L5, L6 y la rejilla G se seleccionan para obtener, detras de L6, dos haces de luz separados espacialmente, un haz difractado y un haz de luz no difractado. El haz de luz no difractado puede convertirse en el haz del objeto o bien ser eliminado por un elemento de parada optica. En el ultimo caso, se puede proporcionar otro haz de objeto mediante una estructura optica mas 55 grande, tal como se describira mas adelante. El haz difractado se recombina posteriormente con el haz del objeto y se enfoca por medio de una lente de objetivo L7 en un plano de registro, con el plano de registro situado en el plano focal posterior de L7.50 in the object beam). Then, a second lens L6 located at a focal distance with respect to the grid G modifies the shape of the diffracted beam and the non-diffracted beam to form beams parallel to the optical axis. L5, L6 and grid G are selected to obtain, behind L6, two spatially separated beams of light, a diffracted beam and an unfractionated beam of light. The non-diffracted beam of light can become the beam of the object or be eliminated by an optical stop element. In the latter case, another object beam can be provided by a larger optical structure, as will be described later. The diffracted beam is subsequently recombined with the object beam and focused by means of an objective lens L7 in a registration plane, with the registration plane located in the posterior focal plane of L7.

[0039] Al ser el haz difractado paralelo al eje optico de L7, pero no centrado en este eje optico, L7 introducira un angulo fuera de eje en dicho haz difractado.[0039] Being the diffracted beam parallel to the optical axis of L7, but not centered on this optical axis, L7 will introduce an off-axis angle into said diffracted beam.

5 [0040] Otra posibilidad consiste en que los haces de luz interferentes sean cualquier par de haces de luz difractados con un orden de difraccion diferente. Por ejemplo, se puede escoger el haz de luz difractado de orden +1 como haz de luz de referencia y se puede escoger el haz de luz difractado simetrico de orden -1 como haz del objeto.[0040] Another possibility is that the interfering light beams are any pair of diffracted light beams with a different order of diffraction. For example, the diffracted light beam of order +1 can be chosen as the reference light beam and the symmetrical diffracted light beam of order -1 can be chosen as the object beam.

[0041] Preferentemente, se utiliza un elemento de parada optica para detener todos los haces de luz menos los 10 dos haces difractados seleccionados para interferir en el plano de registro.[0041] Preferably, an optical stop element is used to stop all beams of light except the two two diffracted beams selected to interfere with the registration plane.

[0042] Se puede demostrar que, en dicha configuracion, la rejilla no perturba la coherencia temporal de cualquier haz de luz difractado de orden distinto de cero. La coherencia temporal esta relacionada con la trayectoria optica recorrida. Por lo tanto, resulta equivalente a probar que un impulso temporal optico que ilumina los planos[0042] It can be shown that, in said configuration, the grid does not disturb the temporal coherence of any beam of diffracted light of a non-zero order. The temporal coherence is related to the optical path traveled. Therefore, it is equivalent to proving that an optical temporal impulse that illuminates the planes

15 focales posteriores de L5 y L4 en un tiempo dado iluminara simultaneamente la totalidad del plano focal posterior de L7.15 posterior focal points of L5 and L4 at a given time will simultaneously illuminate the entire posterior focal plane of L7.

[0043] Se considera que una rejilla G, cuya transparencia viene definida por g(x,y)=(1+sinKx)/2, esta iluminada por una onda plana monocromatica de amplitud A. Suponiendo que la pareja de lentes L6-L7 constituye un sistema[0043] A grid G, whose transparency is defined by g (x, y) = (1 + sinKx) / 2, is considered to be illuminated by a monochromatic flat wave of amplitude A. Assuming that the pair of lenses L6-L7 constitutes a system

20 afocal (L6-L7 forman un sistema de tipo 4f), la amplitud en el plano de registro viene dada por:20 afocal (L6-L7 form a type 4f system), the amplitude in the registration plane is given by:


uv(x,y) = Bexpjj!l"V(f$ + /7)}'(-*+xf-*,y) (1)

uv (x, y) = Bexpjj! l "V (f $ + / 7)} '(- * + xf - *, y) (1)

en la que B es una constante que no desempena un papel relevante, j = V-l , v es la frecuencia optica, c es la 25 velocidad de la luz en el vaclo y /6 y f7 son las longitudes focales de L6 y L7. Al calcular la contribucion de un unico haz difractado en el plano de registro, la ecuacion (1) se convierte en:in which B is a constant that does not play a relevant role, j = V-l, v is the optical frequency, c is the speed of light in the vacuum and / 6 and f7 are the focal lengths of L6 and L7. When calculating the contribution of a single beam diffracted in the registration plane, equation (1) becomes:


u'v (x, y) = B'exp jj !"v (#$ + #7)} exp (-jK *+ x- (2)

u'v (x, y) = B'exp jj! "v (# $ + # 7)} exp (-jK * + x- (2)

30 en la que K = 2n/A, siendo A el periodo espacial de la rejilla. B'es una constante que no desempena un papel relevante.30 in which K = 2n / A, where A is the spatial period of the grid. B'is a constant that does not play a relevant role.

[0044] La iluminacion mediante un impulso temporal con forma de delta de Dirac se obtiene al llevar a cabo la transformacion de Fourier de la ecuacion (2):[0044] Illumination by means of a dirac delta-shaped temporal pulse is obtained by carrying out the Fourier transformation of equation (2):


35 u't(x,y) = B'8 jt-1 (#6 + #7)&exp (-;K*+x) (2)

35 u't (x, y) = B'8 jt-1 (# 6 + # 7) & exp (-; K * + x) (2)

en la que t es el tiempo, la ecuacion (3) expresa el hecho de que un impulso de luz espacialmente uniforme en el plano focal frontal de L6 alcanzara simultaneamente todos los puntos del plano focal posterior de L7 sin intervalo de tiempo dependiendo de la posicion (x,y). La parte exponencial expresa el hecho de que el haz incide en el plano del sensor 40 con un angulo inclinado con respecto al eje optico. Por lo tanto, cuando se ecualicen las trayectorias opticas del interferometro de la presente invencion, sera posible registrar el patron de interferencia en la totalidad del plano del sensor entre el haz del objeto y el de referencia. El angulo inclinado del haz de referencia proporciona la configuracion fuera de eje.in which t is time, equation (3) expresses the fact that a spatially uniform pulse of light in the frontal focal plane of L6 will simultaneously reach all points of the posterior focal plane of L7 without time interval depending on the position (x, y). The exponential part expresses the fact that the beam strikes the plane of the sensor 40 with an angled angle with respect to the optical axis. Therefore, when the optical trajectories of the interferometer of the present invention are equalized, it will be possible to record the interference pattern in the entire sensor plane between the object beam and the reference beam. The inclined angle of the reference beam provides off-axis configuration.

45 [0045] Debido a que la propiedad demostrada de dicha rejilla no depende del haz de luz no difractado, la disposicion descrita, que comprende una rejilla G situada en un plano conjugado con el plano de registro 10, se puede utilizar en cualquier disposicion fuera de eje. Esta conjugation se puede obtener, por ejemplo, mediante un sistema de tipo 4f con una rejilla entre las dos lentes L5, L6 y una lente de enfoque L7.[0045] Because the demonstrated property of said grid does not depend on the beam of light not diffracted, the arrangement described, which comprises a grid G located in a plane conjugated with the registration plane 10, can be used in any arrangement outside shaft This conjugation can be obtained, for example, by a type 4f system with a grid between the two lenses L5, L6 and a focusing lens L7.

50 [0046] En esta etapa, se puede observar que el haz difractado, que ahora tiene su plano de coherencia paralelo al plano de registro, puede interferir con cualquier haz de luz con una trayectoria optica equivalente y con su plano de coherencia paralelo al plano de registro. Mas concretamente, puede interferir con el haz de luz no difractado, pero tambien con haces de luz difractados de otro orden, o un haz de luz que pase a traves de otro brazo de un interferometro de tipo Mach-Zehnder o de tipo Michaelson de mayor tamano, siempre que la diferencia en la trayectoria 55 optica no supere la longitud de coherencia de la luz incidente.[0046] At this stage, it can be seen that the diffracted beam, which now has its coherence plane parallel to the registration plane, can interfere with any light beam with an equivalent optical path and with its coherence plane parallel to the plane register. More specifically, it can interfere with the beam of non-diffracted light, but also with diffracted light beams of another order, or a beam of light that passes through another arm of a Mach-Zehnder type or larger Michaelson type interferometer. size, provided that the difference in the optical path does not exceed the coherence length of the incident light.

[0047] En el microscopio holografico digital (MHD) fuera de eje de la presente invention, se registran hologramas digitales mediante fuentes de luz parcialmente coherente. Para obtener dichas fuentes de luz parcialmente coherente, se pueden utilizar fuentes de luz incoherente tales como diodos LED. Para obtener la coherencia parcial[0047] In the off-axis digital holographic microscope (MHD) of the present invention, digital holograms are recorded by partially coherent light sources. To obtain said partially coherent light sources, incoherent light sources such as LEDs can be used. To obtain partial consistency

5 necesaria para observar las franjas de interferencia que se requieren para determinar la information de fase de la luz entrante, se puede utilizar un filtro espacial.5 necessary to observe the interference bands that are required to determine the phase information of the incoming light, a spatial filter can be used.

[0048] En la fig. 3 se representa un primer ejemplo de un microscopio que hace uso de un interferometro 15 de acuerdo con la invencion. En esta figura, una fuente de luz parcialmente coherente So, como por ejemplo un LED,[0048] In fig. 3 shows a first example of a microscope that makes use of an interferometer 15 according to the invention. In this figure, a partially coherent light source So, such as an LED,

10 esta situada en el plano focal posterior de una lente L1. Despues, el haz de luz producido se filtra espacialmente a traves de un microorificio P en una pantalla con el fin de aumentar su coherencia espacial. El microorificio P esta situado en el plano focal posterior de una lente L2, para iluminar la muestra Sa. La muestra Sa esta situada en el plano focal posterior del objetivo del microscopio ML1 y despues sigue al interferometro 15 tal como se describe anteriormente. El holograma en esta figura se registra por medio de una camara CCD.10 is located in the posterior focal plane of an L1 lens. Then, the beam of light produced is spatially filtered through a micro-hole P on a screen in order to increase its spatial coherence. The micro-hole P is located in the posterior focal plane of a lens L2, to illuminate the sample Sa. The sample Sa is located in the posterior focal plane of the objective of the ML1 microscope and then follows the interferometer 15 as described above. The hologram in this figure is recorded by means of a CCD camera.

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[0049] En este ultimo caso, se inserta preferentemente una cuna W en la trayectoria optica de uno de entre el segundo o el tercer haz de luz, con el fin de provocar un leve desplazamiento de las imagenes producidas por los haces de luz difractado y no difractado, con el fin de obtener el interferograma diferencial tal como se describe en el documento EP 1631788. En este caso, se introducen preferentemente unos medios de compensation 11 en la[0049] In the latter case, a cradle W is preferably inserted in the optical path of one of the second or third beam of light, in order to cause a slight displacement of the images produced by the diffracted light beams and not diffracted, in order to obtain the differential interferogram as described in EP 1631788. In this case, compensation means 11 are preferably introduced into the

20 trayectoria optica del haz de luz no difractado para compensar el desplazamiento de fase introducido por la cuna en el haz difractado.20 optical path of the non-diffracted beam of light to compensate for the phase shift introduced by the cradle in the diffracted beam.

[0050] Otra posibilidad consiste en introducir el interferometro en una estructura optica mas grande, tal como un interferometro Mach-Zehnder representado en los MHD ilustrados en las figs. 4 a 7. En dicho caso, el haz de luz[0050] Another possibility is to introduce the interferometer into a larger optical structure, such as a Mach-Zehnder interferometer represented in the MHDs illustrated in figs. 4 to 7. In that case, the light beam

25 no difractado 15 es detenido por un elemento de parada optica 8 y el haz del objeto se proporciona mediante otra trayectoria optica, por ejemplo otro brazo de un interferometro tipo Mach-Zehnder.25 not diffracted 15 is stopped by an optical stop element 8 and the object beam is provided by another optical path, for example another arm of a Mach-Zehnder type interferometer.

[0051] Como ocurre con los microscopios holograficos habituales, un primer haz de luz 1 se divide en un segundo haz de luz 2 y un tercer haz de luz 3 por medio de un primer divisor de haz Bs1, y se recombinan mediante[0051] As with the usual holographic microscopes, a first beam of light 1 is divided into a second beam of light 2 and a third beam of light 3 by means of a first beam splitter Bs1, and recombined by

30 un segundo divisor de haz Bs2 para dar lugar a un haz recombinado, y dichos segundo y tercer haz de luz interfieren en el haz recombinado y forman un patron de interferencia en un medio de registro, tal como un sensor CCD, con el fin de obtener patrones de interferencia. En dicho caso, el interferometro 15 de la presente invencion se inserta en el brazo de referencia del interferometro tipo Mach-Zehnder con el fin de obtener la configuration fuera de eje, deteniendose el haz no difractado 6' mediante un elemento de parada optica 8.30 a second beam splitter Bs2 to give rise to a recombined beam, and said second and third beam of light interfere with the recombined beam and form an interference pattern in a recording medium, such as a CCD sensor, in order to Get interference patterns. In that case, the interferometer 15 of the present invention is inserted into the reference arm of the Mach-Zehnder type interferometer in order to obtain the off-axis configuration, the non-diffracted beam 6 'being stopped by an optical stop element 8.

3535

[0052] Preferentemente, la presencia de las lentes L5 y L6 se compensa mediante las lentes L3 y L4 en la trayectoria del haz del objeto con el fin de compensar la modification de fase inducida por dichas lentes L5 y L6.[0052] Preferably, the presence of the L5 and L6 lenses is compensated by the L3 and L4 lenses in the object beam path in order to compensate for the phase modification induced by said L5 and L6 lenses.

[0053] Preferentemente, la lente L7 se coloca despues del divisor de haz Bs2 del interferometro tipo Mach- 40 Zehnder, utilizado para recombinar el haz del objeto y el de referencia. Esto permite compartir dicha lente L7 entre el[0053] Preferably, the lens L7 is placed after the beam splitter Bs2 of the Mach-40 Zehnder type interferometer, used to recombine the object beam and the reference beam. This allows sharing said L7 lens between the

haz del objeto y el de referencia.object and reference beam.

[0054] Otra posibilidad consiste en sustituir la lente L7 por dos lentes situadas respectivamente en la trayectoria optica del haz de referencia y en la trayectoria optica del haz del objeto, con ambas lentes enfocando en los medios[0054] Another possibility is to replace the L7 lens with two lenses located respectively in the optical path of the reference beam and in the optical path of the object beam, with both lenses focusing on the means

45 de registro, pero situadas antes de los medios de recombination.45, but located before recombination means.

[0055] Tambien se pueden incorporar configuraciones que incluyen una fuente de excitation por fluorescencia, tal como se representa en la fig. 7.[0055] Also configurations that include a source of fluorescence excitation can be incorporated, as shown in fig. 7.

50 [0056] Debido a que no es necesario utilizar ningun desplazamiento de fase, la MHD descrita se puede usar para registrar escenas dinamicas de gran rapidez, registrando varios cuadros sucesivos con el fin de registrar secuencias temporales de representation 3D de la muestra que se va a observar.[0056] Because it is not necessary to use any phase shift, the described MHD can be used to record dynamic scenes very quickly, registering several successive frames in order to record 3D rendering time sequences of the sample being To watch.

[0057] Esta aplicacion permite el uso de fuentes de bajo coste, como los LED, y, con sensores de color, permite 55 el registro simultaneo de hologramas rojo-verde-azul mediante una iluminacion con tres LED, a fin de proporcionar una microscopla holografica digital totalmente en color sin el ruido coherente. Hasta ahora, la aplicacion de la microscopla holografica digital en color requerla emplear complejos procedimientos de registro. En la invencion descrita, los tres colores se pueden registrar de manera simultanea.[0057] This application allows the use of low-cost sources, such as LEDs, and, with color sensors, allows simultaneous registration of red-green-blue holograms by lighting with three LEDs, in order to provide a microscope Full color digital holography without consistent noise. Until now, the application of the digital color holographic microscope requires the use of complex registration procedures. In the described invention, the three colors can be registered simultaneously.

[0058] En el mercado hay varios tipos de sensores de color, incluidos los sensores de un solo color, tales como los disenos de sensor triple y CCD de color. En los disenos de sensor triple, un bloque prismatico (es decir, un conjunto tricroico que comprende dos prismas dicroicos) puede filtrar el interferograma obtenido para generar los tres colores primarios, rojo, verde y azul, dirigiendo cada color hacia un dispositivo de acoplamiento de carga (CCD) o sensor de[0058] There are several types of color sensors on the market, including single color sensors, such as triple sensor designs and color CCDs. In triple sensor designs, a prismatic block (that is, a trichroic assembly comprising two dichroic prisms) can filter the interferogram obtained to generate the three primary colors, red, green and blue, directing each color towards a coupling device of load (CCD) or sensor

5 plxeles activos (sensor de imagen CMOS) montado en cada cara del prisma.5 active pixels (CMOS image sensor) mounted on each side of the prism.

[0059] Existen varios tipos de rejillas de transmision que se pueden aplicar. El tipo de rejilla mas sencillo es la rejilla de Ronchi, que esta formada por una placa optica transparente en la que estan impresas unas llneas opacas paralelas con una anchura I. Hay un espacio transparente constante L entre las llneas opacas consecutivas. Las rejillas[0059] There are several types of transmission grilles that can be applied. The simplest type of grid is the Ronchi grid, which is formed by a transparent optical plate on which parallel opaque lines are printed with a width I. There is a constant transparent space L between the consecutive opaque lines. Grilles

10 de Ronchi a menudo poseen una anchura de apertura transparente igual a la de la opaca. La cantidad significativa que caracteriza a una rejilla de Ronchi y el angulo de difraccion para una longitud de onda dada es el periodo de la rejilla P=L+1. El analisis de difraccion de una rejilla de Ronchi se lleva a cabo descomponiendo en primer lugar la funcion de transmitancia de acuerdo con una serie de Fourier. Para una longitud de onda dada, cada componente de Fourier da lugar a un orden de difraccion caracterizado por un angulo de difraccion 0m, en el que m es un numero 15 entero y 0 es el primer angulo de difraccion.10 Ronchi often have a transparent opening width equal to that of the opaque. The significant amount that characterizes a Ronchi grid and the diffraction angle for a given wavelength is the grid period P = L + 1. The diffraction analysis of a Ronchi grid is carried out by first decomposing the transmittance function according to a Fourier series. For a given wavelength, each Fourier component results in an order of diffraction characterized by a diffraction angle 0m, in which m is an integer 15 and 0 is the first diffraction angle.

[0060] La amplitud difractada en cada orden de difraccion es proporcional al correspondiente componente de Fourier. En el interferometro de la invencion 15, el periodo de la rejilla se selecciona de manera que garantice una separacion espacial de los haces difractados en el plano, en el que esta situada la parada optica 8.[0060] The diffracted amplitude in each diffraction order is proportional to the corresponding Fourier component. In the interferometer of the invention 15, the period of the grid is selected so as to ensure a spatial separation of the diffracted beams in the plane, in which the optical stop 8 is located.

20twenty

[0061] Habitualmente, lo que se mantiene es uno de los ordenes de difraccion (m=+1 o -1) para el haz de referencia que incide en el detector. Una limitacion de la rejilla de Ronchi consiste en la dispersion de la intensidad de la luz entre varios ordenes de difraccion, con lo que se reduce la luz disponible para las mediciones interferometricas.[0061] Usually, what is maintained is one of the diffraction orders (m = + 1 or -1) for the reference beam that affects the detector. A limitation of the Ronchi grid consists in the dispersion of the intensity of the light between several diffraction orders, which reduces the available light for interferometric measurements.

25 [0062] Para optimizar la eficiencia de la difraccion en el orden de difraccion mantenido para el procedimiento holografico, se puede aplicar una rejilla de difraccion escalonada (blazed). Las rejillas de difraccion escalonadas tambien poseen una estructura periodica en una de las superficies de una placa optica. En este caso, se trata de un relieve en forma de diente de una superficie que optimiza la eficiencia de la difraccion en los ordenes de difraccion m=1 o m=-1.[0062] To optimize the efficiency of diffraction in the order of diffraction maintained for the holographic procedure, a graded diffraction grating can be applied. The stepped diffraction gratings also have a periodic structure on one of the surfaces of an optical plate. In this case, it is a tooth-shaped relief of a surface that optimizes the efficiency of diffraction in diffraction orders m = 1 or m = -1.

3030

[0063] Para optimizar la eficiencia de la difraccion, tambien es posible incorporar rejillas holograficas de fase gruesas. Este tipo de rejilla se obtiene registrando en un material fotosensible, por ejemplo gelatina dicromada, el patron de interferencia entre dos ondas planas. Posteriormente, la placa se procesa y es capaz de difractar mayormente la luz en un orden de difraccion de acuerdo con un modo de difraccion de Bragg. El angulo entre la onda[0063] To optimize the efficiency of diffraction, it is also possible to incorporate thick phase holographic grids. This type of grid is obtained by recording in a photosensitive material, for example dichromated jelly, the interference pattern between two flat waves. Subsequently, the plate is processed and is able to diffract mostly light in an order of diffraction according to a Bragg diffraction mode. The angle between the wave

35 del plano de registro determina el periodo de la rejilla.35 of the registration plane determines the period of the grid.

[0064] Despues, las salidas analogicas se pueden digitalizar y tratar mediante un ordenador con el fin de obtener una representacion tridimensional en color de las muestras.[0064] Then, the analog outputs can be digitized and processed by a computer in order to obtain a three-dimensional color representation of the samples.

40 [0065] Una fuente parcial temporal y espacial puede estar constituida por una fuente (So), una lente de colimacion (L1), un microorificio (P) y una lente (L2). La coherencia temporal se obtiene a partir de la anchura espectral de la fuente (So). Normalmente, puede tratarse de un LED con un espectro que presenta un pico (por ejemplo, la longitud de onda A = 650 nm, AA = 15 nm), o un conjunto de LED que proporcionan un conjunto de picos, para lograr un registro holografico en color. El haz se colima mediante la lente (L1) y se filtra por medio del microorificio (P) a fin 45 de aumentar la coherencia espacial. Se puede demostrar que la dependencia de la coherencia espacial emergente, que surge de la lente (L2), es uniforme y se puede modelizar mediante una funcion de coherencia y(x1 - X2, y1 - y2), en la que (xi, yi) y (x2, y2) son coordenadas espaciales perpendiculares al eje optico z.[0065] A temporary and spatial partial source may consist of a source (So), a collimation lens (L1), a micro-hole (P) and a lens (L2). Temporal coherence is obtained from the spectral width of the source (So). Normally, it can be an LED with a spectrum that has a peak (for example, the wavelength A = 650 nm, AA = 15 nm), or a set of LEDs that provide a set of peaks, to achieve a holographic record in color. The beam is collimated by the lens (L1) and filtered through the micro-hole (P) in order to increase spatial coherence. It can be shown that the dependence of the emerging spatial coherence, which arises from the lens (L2), is uniform and can be modeled by a coherence function y (x1 - X2, y1 - y2), in which (xi, yi ) and (x2, y2) are spatial coordinates perpendicular to the z-axis.

[0066] Esta aplicacion de la fuente parcialmente coherente no supone ninguna restriction y se puede llevar a la 50 practica de maneras diferentes, como por ejemplo con un haz laser descorrelacionado mediante un vidrio deslustrado[0066] This application of the partially coherent source does not imply any restriction and can be practiced in different ways, such as with a laser beam de-correlated by means of a tarnished glass

en movimiento.moving.

Descripcion de las realizaciones preferidas de la invencion 55 Configuracion Mach-ZehnderDescription of the preferred embodiments of the invention 55 Mach-Zehnder Configuration

[0067] La fig. 4 ilustra el esquema del microscopio holografico digital basado en una configuracion de tipo Mach- Zehnder que permite el registro fuera de eje con fuentes opticas con coherencia parcial espacial y temporal.[0067] Fig. 4 illustrates the digital holographic microscope scheme based on a Mach-Zehnder type configuration that allows off-axis registration with optical sources with spatial and temporal partial coherence.

[0068] En el caso de la fig. 4, la fuente de luz esta constituida por una fuente (So), una lente de colimacion (L1), un microorificio (P) y una lente (L2).[0068] In the case of fig. 4, the light source is constituted by a source (So), a collimation lens (L1), a micro-hole (P) and a lens (L2).

[0069] Tras una reflexion en el espejo M1, el haz es dividido por Bs1 para generar el haz del objeto que ilumina[0069] After a reflection in the mirror M1, the beam is divided by Bs1 to generate the beam of the object that illuminates

5 la muestra en la transmision y el haz de referencia, que se redirige hacia la lente del microscopio ML2. La imagen del5 the sample in the transmission and the reference beam, which is redirected to the lens of the ML2 microscope. The image of

plano focal frontal de MI1 Se lleva a cabo mediante el conjunto de lentes MI1, L3, L4 y L7. Para formar la imagen, el plano focal posterior de L3 corresponde al plano focal frontal de L4 y el sensor esta situado en el plano focal posterior de L7.frontal focal plane of MI1 It is carried out by the set of lenses MI1, L3, L4 and L7. To form the image, the posterior focal plane of L3 corresponds to the frontal focal plane of L4 and the sensor is located in the posterior focal plane of L7.

10 [0070] En esta configuracion, el interferometro de la invencion 15 esta representado por las lentes L5, L6 y L7 y la rejilla G.[0070] In this configuration, the interferometer of the invention 15 is represented by lenses L5, L6 and L7 and grid G.

[0071] El brazo de referencia esta provisto de elementos correspondientes a las lentes MI1, L3 y L4; respectivamente, las lentes MI2, L5 y L6, de tal manera que el haz de referencia y el del objeto, excepto por la muestra,[0071] The reference arm is provided with elements corresponding to the MI1, L3 and L4 lenses; respectively, the MI2, L5 and L6 lenses, such that the reference beam and the object beam, except for the sample,

15 la rejilla G y el elemento de parada optica 8, son casi identicos. Esto garantiza un alineamiento correcto de los dos haces en el sensor, en el que interfieren. La naturaleza parcialmente coherente espacialmente de la iluminacion as! lo requiere.15 the grid G and the optical stop element 8 are almost identical. This guarantees a correct alignment of the two beams in the sensor, in which they interfere. The partially spatially coherent nature of the illumination as! it requires.

[0072] El plano focal frontal de la lente MI2, en el que se forma una imagen del componente opcional C, que[0072] The frontal focal plane of the MI2 lens, in which an image of the optional component C is formed, which

20 puede ser un compensador y/o un atenuador de la trayectoria optica, en el plano focal posterior de l5, que tambien20 can be a compensator and / or an attenuator of the optical path, in the posterior focal plane of l5, which also

es el plano focal frontal del L6, en el que se encuentra la rejilla G. La funcion de la rejilla consiste en redirigir la luz mediante difraccion, de tal modo que el haz del objeto y el de referencia que inciden en L7 estan separados espacialmente y se propagan en paralelo. Tal como ya se ha demostrado, esta disposicion con L5, G, L6 y L7 permite mantener la coherencia temporal en el plano del sensor en el caso de coherencia temporal parcial, y producir una 25 interferencia fuera de eje.it is the frontal focal plane of the L6, in which the grid G is located. The function of the grid is to redirect the light by diffraction, so that the object beam and the reference beam that affect L7 are spatially separated and They propagate in parallel. As already shown, this arrangement with L5, G, L6 and L7 allows to maintain the temporal coherence in the sensor plane in the case of partial temporal coherence, and produce an off-axis interference.

[0073] La lente L7 superpone los haces del objeto y de referencia en el sensor con un angulo medio entre ellos que se origina a parti r de difraccion de la rejilla. En esta configuracion, el espejo M2 es paralelo a Bs2, y M3 es paralelo a Bs1. La orientacion relativa de los divisores de haz y los espejos permite ajustar, sin cambiar las posiciones del haz[0073] The L7 lens superimposes the object and reference beams on the sensor with an average angle between them that originates from grid diffraction. In this configuration, the mirror M2 is parallel to Bs2, and M3 is parallel to Bs1. The relative orientation of the beam splitters and mirrors allows adjustment, without changing the beam positions

30 en el sensor, la trayectoria optica rotando el mecanismo de rotacion RA, al que estan fijados firmemente el espejo M2 y el divisor de haz Bs2. Por lo tanto, la configuracion permite ecualizar los haces de referencia optica y de trayectoria del objeto.30 in the sensor, the optical path rotating the rotation mechanism RA, to which the mirror M2 and the beam splitter Bs2 are firmly fixed. Therefore, the configuration allows equalizing the beams of optical reference and trajectory of the object.

[0074] Esta configuracion se puede adaptar a muestras reflexivas, tal como se representa en la fig. 5. En ese 35 caso, se retira el portamuestras Sa y el espejo M2 se sustituye por un tercer divisor de haz Bs3 que ilumina una[0074] This configuration can be adapted to reflective samples, as shown in fig. 5. In that case, the sample holder Sa is removed and the mirror M2 is replaced by a third beam splitter Bs3 that illuminates a

muestra reflexiva Rs a traves de la lente del objetivo ML1. La luz reflejada por la muestra y enfocada por la lente del objetivo se redirige despues mediante un tercer divisor de haz Bs3 hacia el segundo divisor de haz, de la misma manera que en la configuracion anterior. Se aplica la misma modificacion a la trayectoria optica del haz de referencia, sustituyendo la muestra por un espejo de referencia 16.Reflective sample Rs through the lens of the ML1 lens. The light reflected by the sample and focused by the objective lens is then redirected by a third beam splitter Bs3 towards the second beam splitter, in the same way as in the previous configuration. The same modification is applied to the optical path of the reference beam, replacing the sample with a reference mirror 16.

4040

Configuracion diferencialDifferential configuration

[0075] La configuracion Mach-Zehnder resulta adecuada para aplicaciones en las que las variaciones en la trayectoria optica introducidas por el objeto son limitadas: en el caso de un grosor del objeto muy fluctuante, la densidad[0075] The Mach-Zehnder configuration is suitable for applications where the variations in the optical path introduced by the object are limited: in the case of a very fluctuating object thickness, the density

45 de las franjas puede acabar siendo demasiado elevada para ser registrada por el sensor.45 of the stripes may end up being too high to be registered by the sensor.

[0076] Ademas, con una iluminacion parcial temporal reducida, en la configuracion de Mach-Zehnder, el ajuste fino de la trayectoria optica cuando se cambia el objeto puede resultar diflcil. Por ese motivo se propuso la microscopla holografica digital diferencial. En el ultimo caso, lo que se mide es la fase optica diferencial, que presenta las ventajas[0076] Furthermore, with a reduced temporary partial illumination, in the Mach-Zehnder configuration, fine tuning of the optical path when the object is changed can be difficult. For this reason, the differential digital holographic microscope was proposed. In the latter case, what is measured is the differential optical phase, which has the advantages

50 de un intervalo dinamico incrementado para la medicion de fase y el ajuste permanente del interferometro, independientemente del grosor de la muestra.50 of an increased dynamic range for phase measurement and permanent adjustment of the interferometer, regardless of the thickness of the sample.

[0077] Se puede utilizar ventajosamente en modo diferencial la configuracion fuera de eje con fuentes parcialmente coherentes, espacial y temporalmente. El esquema optico esta representado por la fig. 6.[0077] The off-axis configuration with partially coherent sources, spatially and temporarily, can be advantageously used in differential mode. The optical scheme is represented by fig. 6.

5555

[0078] La fuente parcialmente coherente espacialmente y temporalmente la constituye una fuente (So), una lente de colimacion (L1), un microorificio (P) y una lente (L2). El haz es colimado mediante la lente (L1) y filtrado por el microorificio (P) para aumentar la coherencia espacial.[0078] The partially spatially and temporally coherent source is a source (So), a collimation lens (L1), a micro-hole (P) and a lens (L2). The beam is collimated by the lens (L1) and filtered by the micro-hole (P) to increase spatial coherence.

[0079] Tras una reflexion en el espejo M1, el haz de luz ilumina la muestra y es transmitido por la lente del microscopio MI1. El haz de luz procedente de MI1 se divide mediante Bs1 en dos haces correspondientes a un segundo y a un tercer haz de luz. La imagen del plano focal frontal de MI1 situado dentro de la muestra se forma mediante el conjunto de lentes MI1, L3, L4 y L7. Con ese fin, el plano focal posterior de L3 coincide con el plano focal[0079] After a reflection in the mirror M1, the light beam illuminates the sample and is transmitted by the microscope lens MI1. The beam of light from MI1 is divided by Bs1 into two beams corresponding to a second and a third beam of light. The image of the frontal focal plane of MI1 located within the sample is formed by the set of lenses MI1, L3, L4 and L7. To that end, the posterior focal plane of L3 coincides with the focal plane

5 frontal de L4 y el sensor esta situado en el plano focal posterior de L7. Del mismo modo, la imagen del plano focal frontal de MI1 se forma mediante el conjunto de lentes Ml 1, L5, L6 y L7, correspondiendo el plano focal posterior de L3 al plano focal frontal de L4. La distancia entre L4 y L7 es identica a la distancia entre L6 y L7.5 front of L4 and the sensor is located in the back focal plane of L7. Similarly, the image of the frontal focal plane of MI1 is formed by the set of lenses Ml 1, L5, L6 and L7, the posterior focal plane of L3 corresponding to the frontal focal plane of L4. The distance between L4 and L7 is identical to the distance between L6 and L7.

[0080] Por lo tanto, se forma una imagen en el sensor CCD del mismo plano que el plano de la muestra, 10 correspondiente al plano focal frontal de MI1. Se introduce un desplazamiento entre las imagenes formadas por el[0080] Therefore, an image is formed on the CCD sensor of the same plane as the sample plane, 10 corresponding to the frontal focal plane of MI1. A shift between the images formed by the

segundo y el tercer haz de luz haciendo rotar ligeramente el espejo M2 o el espejo M3. El desplazamiento es unicamente de unos pocos plxeles, o incluso de menos de un pixel en el sensor CCD. Los elementos correspondientes a las lentes L3 y L4 del primer canal optico 1, respectivamente las lentes L5 y L6, estan situados en la trayectoria optica del tercer haz de luz, de tal manera que la trayectoria optica tanto del segundo como del tercer haz de luz, a 15 excepcion de la muestra, la rejilla G y el elemento de parada optica 8, son identicas. Esto permite una alineacion correcta con el pequeno desplazamiento de los dos canales en el sensor en el que estan interfiriendo.second and third beam of light by slightly rotating the mirror M2 or the mirror M3. The offset is only a few pixels, or even less than one pixel in the CCD sensor. The elements corresponding to the lenses L3 and L4 of the first optical channel 1, respectively the lenses L5 and L6, are located in the optical path of the third beam of light, such that the optical path of both the second and third beam of light , with the exception of the sample, the grid G and the optical stop element 8, are identical. This allows a correct alignment with the small displacement of the two channels in the sensor in which they are interfering.

[0081] Se forma una imagen del plano focal frontal de la lente MI1 en el plano focal posterior de L5, que tambien es el plano focal posterior de L6, en el que se encuentra la rejilla G. La funcion de la rejilla consiste en redirigir la luz[0081] An image of the frontal focal plane of the lens MI1 is formed in the posterior focal plane of L5, which is also the posterior focal plane of L6, in which the grid G is located. The function of the grid consists of redirecting the light

20 mediante difraccion de manera que los haces incidentes de los dos canales en L7 esten separados espacialmente. La lente L7 superpone los dos haces en el sensor con un angulo medio entre ellos que se origina a partir de la difraccion de la rejilla. En la configuration, el espejo M2 es casi paralelo a Bs2 y M3 a Bs1. Estas orientaciones relativas de los divisores de haz y los espejos permiten el ajuste, sin cambios en las posiciones del haz en el sensor, la trayectoria optica mediante la rotation del mecanismo de rotation RA al que el espejo M2 y el divisor de haz Bs2 estan unidos 25 firmemente. Por lo tanto, la configuracion permite ecualizar el haz de referencia y el de la trayectoria del objeto.20 by diffraction so that the incident beams of the two channels in L7 are spatially separated. The L7 lens superimposes the two beams on the sensor with a medium angle between them that originates from the grid diffraction. In the configuration, the mirror M2 is almost parallel to Bs2 and M3 to Bs1. These relative orientations of the beam splitters and the mirrors allow adjustment, without changes in the beam positions in the sensor, of the optical path by rotation of the rotation mechanism RA to which the mirror M2 and the beam splitter Bs2 are attached 25 firmly. Therefore, the configuration allows equalizing the reference beam and the path of the object.

[0082] El angulo medio entre el haz del objeto y el de referencia en el sensor proporciona la configuracion fuera de eje. Como ya se ha demostrado, hay una alineacion correcta, incluso en el caso de una fuente de coherencia temporal parcial, con el fin de proporcionar de manera homogenea un patron de franjas contrastado a lo largo de todo[0082] The average angle between the object beam and the reference beam in the sensor provides the off-axis configuration. As already shown, there is a correct alignment, even in the case of a source of partial temporal coherence, in order to homogeneously provide a pattern of stripes contrasted throughout

30 el sensor CCD. Cabe senalar que se puede colocar un atenuador en la trayectoria optica del segundo haz de luz para compensar la perdida de luz originada por la rejilla. Se puede insertar una placa optica en la trayectoria optica del tercer haz de luz a fin de compensar la diferencia en la trayectoria optica introducida entre los dos canales por el atenuador.30 the CCD sensor. It should be noted that an attenuator can be placed in the optical path of the second beam of light to compensate for the loss of light caused by the grid. An optical plate can be inserted in the optical path of the third beam of light in order to compensate for the difference in the optical path introduced between the two channels by the dimmer.

35 [0083] Se puede utilizar una fuente de fluorescencia 17 cuando la muestra de interes es fluorescente, tal como se representa en la fig. 7. Su haz es reflejado por el divisor de haz fluorescente a traves de la lente MI1 para iluminar la muestra. La senal fluorescente que se propaga hacia atras se transmite mediante MI1 y se filtra espectralmente mediante SF con el fin de eliminar la parte de excitation fluorescente antes de que incida en Bs1. Debido a que la lente MI1 esta limitada por una apertura, la senal fluorescente incoherente presenta una coherencia espacial parcial 40 cuando surge de MI1, con el resultado de que los dos haces son capaces de interferir, siempre que el desplazamiento sea menor que el de la longitud de coherencia espacial.[0083] A fluorescence source 17 can be used when the sample of interest is fluorescent, as shown in fig. 7. Its beam is reflected by the fluorescent beam splitter through the MI1 lens to illuminate the sample. The fluorescent signal that propagates backward is transmitted by MI1 and is spectrally filtered by SF in order to remove the fluorescent excitation part before it hits Bs1. Because the lens MI1 is limited by an aperture, the incoherent fluorescent signal has a partial spatial coherence 40 when it arises from MI1, with the result that the two beams are capable of interfering, provided the displacement is less than that of the spatial coherence length.

Claims (10)

REIVINDICACIONES 1. Microscopio holografico digital fuera de eje, que comprende:1. Off-axis digital holographic microscope, comprising: 5 - una fuente de luz parcialmente coherente espacialmente y temporalmente, dispuesta para producir un primer haz de luz parcialmente coherente (1);5 - a partially coherent light source spatially and temporarily, arranged to produce a first partially coherent beam of light (1); - un plano de registro (10);- a registration plan (10); 10 - un objetivo de microscopio (ML1);10 - a microscope objective (ML1); - una celda de objeto (Sa) dispuesta para mantener un especimen que se va a estudiar en un plano focal frontal de dicho objetivo del microscopio, estando dicha celda del objeto (Sa) conjugada opticamente con dicho plano de registro (10);- an object cell (Sa) arranged to maintain a specimen to be studied in a frontal focal plane of said microscope objective, said object cell (Sa) being optically conjugated with said registration plane (10); 15fifteen - una rejilla (G) situada en un plano conjugado opticamente con dicho plano de registro (10), definiendo dicha rejilla (G) una primera y una segunda trayectoria optica, y estando dicha rejilla (G) dispuesta para dividir el primer haz de luz en un haz de luz difractado de orden distinto de cero a lo largo de la primera trayectoria optica como haz de luz de referencia, y un segundo haz de luz con un orden de difraccion diferente a lo largo de la segunda trayectoria optica;- a grid (G) located in a plane optically conjugated with said registration plane (10), said grid (G) defining a first and a second optical path, and said grid (G) being arranged to divide the first beam of light in a diffracted beam of light of a non-zero order along the first optical path as a reference beam of light, and a second beam of light with a different order of diffraction along the second optical path; 20twenty - una primera lente (L5) situada en un punto posterior al objetivo del microscopio, estando dicha rejilla (G) situada en el plano focal posterior de dicha primera lente;- a first lens (L5) located at a point posterior to the objective of the microscope, said grid (G) being located in the posterior focal plane of said first lens; - una segunda lente (L6), estando la rejilla (G) situada en el plano focal frontal de dicha segunda lente (L6) y una 25 tercera lente (L7) acoplada opticamente a dicha segunda lente (L6), estando dicho plano de registro (10) situado en el- a second lens (L6), the grid (G) being located in the frontal focal plane of said second lens (L6) and a third lens (L7) optically coupled to said second lens (L6), said registration plane being (10) located in the plano focal posterior de dicha tercera lente (L7) y estando dicha tercera lente dispuesta para recombinar el haz de luz de referencia y el segundo haz de luz para obtener un haz de luz recombinado que incidira en el plano de registro, en el que interfieren entre si, en el que la trayectoria optica del haz de luz de referencia y la trayectoria optica del segundo haz de luz no difieren en una cantidad mayor que la longitud de coherencia de la fuente de luz.posterior focal plane of said third lens (L7) and said third lens being arranged to recombine the reference light beam and the second light beam to obtain a recombined beam of light that will affect the registration plane, in which they interfere between yes, in which the optical path of the reference light beam and the optical path of the second light beam do not differ by an amount greater than the coherence length of the light source. 3030 2. Microscopio holografico digital de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la celda del objeto (Sa) esta iluminada por el primer haz de luz (1), estando dicho objetivo del microscopio (ML1) situado en un punto anterior a la rejilla (G) y en el que hay una cuna situada en la segunda trayectoria optica para producir un holograma diferencial.2. Digital holographic microscope according to claim 1, wherein the object cell (Sa) is illuminated by the first beam of light (1), said microscope objective (ML1) being located at a point before the grid (G) and in which there is a cradle located in the second optical path to produce a differential hologram. 35 3. Microscopio holografico digital fuera de eje, que comprende:35 3. Off-axis digital holographic microscope, comprising: - una fuente de luz parcialmente coherente espacialmente y temporalmente, dispuesta para producir un primer haz de luz parcialmente coherente (1);- a light source partially coherently spatially and temporarily, arranged to produce a first partially coherent beam of light (1); 40 - un plano de registro (10);40 - a registration plane (10); - un objetivo de microscopio (ML1);- a microscope objective (ML1); - una celda de objeto (Sa) dispuesta para mantener un especimen que se va a estudiar en un plano focal frontal de 45 dicho objetivo del microscopio, estando dicha celda del objeto (Sa) conjugada opticamente con dicho plano de registro- an object cell (Sa) arranged to maintain a specimen to be studied in a frontal focal plane of said microscope objective, said object cell (Sa) being optically conjugated with said registration plane (10);(10); - una rejilla (G) situada en un plano conjugado opticamente con dicho plano de registro (10);- a grid (G) located in a plane optically conjugated with said registration plane (10); 50 - un interferometro de tipo Mach-Zehnder, que comprende un primer divisor de haz (Bs1) y un segundo divisor de haz (Bs2), estando dicho primer divisor de haz (Bs1) dispuesto para dividir dicho primer haz de luz en un segundo haz de luz (2) y un tercer haz de luz (3);50 - a Mach-Zehnder type interferometer, comprising a first beam splitter (Bs1) and a second beam splitter (Bs2), said first beam splitter (Bs1) being arranged to divide said first beam of light into a second beam of light (2) and a third beam of light (3); - una primera lente (L5) situada en la trayectoria optica de dicho tercer haz de luz (3), dispuesta para enfocar dicho 55 tercer haz de luz en dicha rejilla (G);- a first lens (L5) located in the optical path of said third beam of light (3), arranged to focus said third beam of light on said grid (G); - una segunda lente (L6) con el mismo eje optico que la primera lente (L5) y situada a un distancia focal de la rejilla (G), dispuesta para producir al menos un haz de luz difractado de orden distinto de cero, estando dicho segundo divisor de haz (Bs2) dispuesto para recombinar dicho segundo haz de luz y dicho haz de luz difractado para producir un haz- a second lens (L6) with the same optical axis as the first lens (L5) and located at a focal distance from the grid (G), arranged to produce at least one beam of diffracted light of order other than zero, said second beam splitter (Bs2) arranged to recombine said second beam of light and said beam of diffracted light to produce a beam recombinado;recombined; - un elemento de parada optica dispuesto para detener la luz difractada de orden cero de dicho tercer haz de luz;- an optical stop element arranged to stop the zero order diffracted light of said third beam of light; 5 - unos medios de registro dispuestos para registrar senales interferometricas producidas por la interaccion entre el segundo haz de luz y el haz de luz difractado, estando dichos medios de registro situados en el plano de registro (10) de dicho interferometro (15);5 - recording means arranged to record interferometric signals produced by the interaction between the second beam of light and the diffracted beam of light, said recording means being located in the registration plane (10) of said interferometer (15); - unos medios de enfoque (L7) dispuestos para enfocar dicho haz recombinado sobre dichos medios de registro, 10 siendo la trayectoria optica del segundo y el tercer haz de luz esencialmente equivalentes y estando situados la celda- focusing means (L7) arranged to focus said recombined beam on said recording means, 10 being the optical path of the second and third light beam essentially equivalent and the cell being located del objeto (Sa) y el objetivo del microscopio frente al primer divisor de haz (Bs1), definiendo una configuracion holografica diferencial.of the object (Sa) and the objective of the microscope in front of the first beam splitter (Bs1), defining a differential holographic configuration. 4. Microscopio holografico digital fuera de eje, que comprende:4. Off-axis digital holographic microscope, comprising: 15fifteen - una fuente de luz parcialmente coherente espacialmente y temporalmente, dispuesta para producir un primer haz de luz parcialmente coherente (1);- a light source partially coherently spatially and temporarily, arranged to produce a first partially coherent beam of light (1); - un plano de registro (10);- a registration plan (10); 20twenty - un objetivo de microscopio (ML1);- a microscope objective (ML1); - una celda de objeto (Sa) dispuesta para mantener un especimen que se va a estudiar situado en un plano focal frontal de dicho objetivo del microscopio, estando dicha celda del objeto (Sa) conjugada opticamente con dicho plano- an object cell (Sa) arranged to maintain a specimen to be studied located in a frontal focal plane of said microscope objective, said object cell (Sa) being optically conjugated with said plane 25 de registro (10);25 registration (10); - una rejilla (G) situada en un plano conjugado opticamente con dicho plano de registro (10);- a grid (G) located in a plane optically conjugated with said registration plane (10); - un interferometro de tipo Mach-Zehnder, que comprende un primer divisor de haz (Bs1) y un segundo divisor de haz 30 (Bs2), estando dicho primer divisor de haz (Bs1) dispuesto para dividir dicho primer haz de luz en un segundo haz de- a Mach-Zehnder type interferometer, comprising a first beam splitter (Bs1) and a second beam splitter 30 (Bs2), said first beam splitter (Bs1) being arranged to divide said first beam of light into a second beam of luz (2) y un tercer haz de luz (3);light (2) and a third beam of light (3); - una primera lente (L5) situada en la trayectoria optica de dicho tercer haz de luz (3), dispuesta para enfocar dicho tercer haz de luz en dicha rejilla (G);- a first lens (L5) located in the optical path of said third beam of light (3), arranged to focus said third beam of light on said grid (G); 3535 - una segunda lente (L6) con el mismo eje optico que la primera lente (L5) y situada a un distancia focal de la rejilla (G), dispuesta para producir al menos un haz de luz difractado de orden distinto de cero, estando dicho segundo divisor de haz (Bs2) dispuesto para recombinar dicho segundo haz de luz y dicho haz de luz difractado para producir un haz recombinado;- a second lens (L6) with the same optical axis as the first lens (L5) and located at a focal distance from the grid (G), arranged to produce at least one beam of diffracted light of order other than zero, said second beam splitter (Bs2) arranged to recombine said second beam of light and said diffracted beam of light to produce a recombined beam; 4040 - un elemento de parada optica dispuesto para detener la luz difractada de orden cero de dicho tercer haz de luz;- an optical stop element arranged to stop the zero order diffracted light of said third beam of light; - unos medios de registro dispuestos para registrar senales interferometricas producidas por la interaccion entre el segundo haz de luz y el haz de luz difractado, estando dichos medios de registro situados en el plano de registro (10)- recording means arranged to record interferometric signals produced by the interaction between the second beam of light and the diffracted beam of light, said recording means being located in the registration plane (10) 45 de dicho interferometro (15);45 of said interferometer (15); - unos medios de enfoque (L7) dispuestos para enfocar dicho haz recombinado sobre dichos medios de registro, siendo la trayectoria optica del segundo y el tercer haz de luz esencialmente equivalentes, y en los que la celda del objeto (Sa) y el objetivo del microscopio (M11) estan situados en la trayectoria optica del segundo haz de luz (2).- focusing means (L7) arranged to focus said recombined beam on said recording means, the optical path of the second and third beam of light being essentially equivalent, and in which the object cell (Sa) and the objective of the Microscope (M11) are located in the optical path of the second beam of light (2). 50fifty 5. Microscopio holografico digital de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que un segundo objetivo del microscopio (M12) esta situado en la trayectoria optica del tercer haz de luz (3).5. Digital holographic microscope according to claim 4, wherein a second microscope objective (M12) is located in the optical path of the third beam of light (3). 6. Microscopio holografico digital de acuerdo con la reivindicacion 4, que ademas comprende un tercer 55 divisor de haz (Bs3) situado en la trayectoria del segundo haz de luz para iluminar un objeto reflectante (Rs) y un cuarto6. Digital holographic microscope according to claim 4, further comprising a third beam splitter (Bs3) located in the path of the second beam of light to illuminate a reflective object (Rs) and a fourth divisor de haz (Bs4) situado en la trayectoria del tercer haz de luz para iluminar un espejo de referencia (16), definiendo una geometrla de tipo Mach-Zehnder.beam splitter (Bs4) located in the path of the third beam of light to illuminate a reference mirror (16), defining a Mach-Zehnder type geometry. 7. Microscopio holografico digital de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que7. Digital holographic microscope according to any of the preceding claims, wherein la fuente de luz parcialmente coherente comprende unos medios de iluminacion (So) seleccionados entre el grupo formado por un LED, una lampara de descarga de gas, fuentes termicas y laser de impulsos.The partially coherent light source comprises lighting means (So) selected from the group consisting of an LED, a gas discharge lamp, thermal sources and pulse laser. 8. Microscopio holografico digital de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que dichos 5 medios de registro son unos medios de registro sensibles al color, y la fuente de luz produce de manera simultanea al8. Digital holographic microscope according to any one of claims 3 to 6, wherein said recording means are color-sensitive recording means, and the light source simultaneously produces the menos tres longitudes de onda distintas, para registrar un interferograma holografico en color.minus three different wavelengths, to record a color holographic interferogram. 9. Microscopio holografico digital de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que dicha fuente de luz comprende la menos tres LED de diferentes longitudes de onda.9. Digital holographic microscope according to claim 7, wherein said light source comprises at least three LEDs of different wavelengths. 1010 10. Microscopio holografico digital de acuerdo con la reivindicacion 7 o 8, en el que las distintas longitudes de onda corresponden a cian, magenta y amarillo (CMY) o rojo, verde y azul (RGB) para la reconstruccion del color.10. Digital holographic microscope according to claim 7 or 8, wherein the different wavelengths correspond to cyan, magenta and yellow (CMY) or red, green and blue (RGB) for color reconstruction. 11. Microscopio holografico digital de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una 15 fuente de excitacion por fluorescencia (17) acoplada opticamente a dicho portamuestras.11. Digital holographic microscope according to any of the preceding claims, comprising a source of fluorescence excitation (17) optically coupled to said sample holder.
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